开式系统中变速泵的节能分析具体计算

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N 2 , 由轴功率 N =
ρ gGp
=
N2 N1
( 4) N2 = N1
( 1) p2 G2 2 n2 2 = = p1 G1 n1 p1 p2 有 = =C ( 2) G 12 G2 2 式中 p 1 , p 2 分别为转速 n 1 , n 2 下泵的扬 程 , G 1 , G2 分别 为 即 转速 n 1 , n 2 下泵的流量 , N 1 , N 2 分别为转速 n 1 , n 2 下泵的 功率 , C 为常数 。 式( 2)表明 , 只要泵在转速 n 1 下的工作点 A 和转速 n 2 下的工作点 B ( 简称工况 A , B)相似 , 则泵 扬程与流量平方
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设计参考 2002 年第 32 卷第 1 期
也就是说 , 泵的功 率与转 速的 三次方 成正 比 。 因此 在 闭式水系统中变速泵的节能效果是非常明显的 。 3 开式管路系统中变速泵的节能分析 ( 5) 一供热系统如图 2 所 示 , 使用 高位膨 胀水 箱定压 。 该 供 热系 统 中, 补水泵 在开式管 路系统中 运行 , 而 循 环泵则在 闭式管路
图 2 系统示意图
1. 3 管路水力特征 管路系统 A , B 两点间流动的压 力总损失 p ab 与流量 G 存在着下述特征关系 p ab = p 0 + SG 2 式中 p 0 为 A 与 B 两点间水的静压 。 闭式管 路系统的终点和 起点重合 , 因此 p 0 = 0 ; 开式 管路系 统的终 点和起 点不 重 合 , 且一般情况下 A , B 两点之间的压差不为 0 。 S 为管路阻 力系数 , 在水管路系统中可以认 为 S 值的 大小与 流量无 关 而仅与管路结构有关 , 因此对于一个具体的管 路系统而言 , S 是一个不 随流量变化的常数值 。 记 S G = Δp , 它表示 了 流体摩擦阻 力的大小与流 量的平方 成正比 ; 当知道 了管 路 结构后就可以求得 p 0 和 S 值 , 从而由 式( 5)得到管路的 特 征曲线 。 2 闭式系统中变速泵的节能分析 在闭式系统中 , 泵作 功所输 出的能 量完 全消耗 在克 服 水在管路中流动时的摩擦阻力 , 也就是 说泵的 扬程 p 等 于 整个管路的压降 。 这样 , 当流量发生变化后 , 泵的能耗自 然 也成比例地变化 。 2. 1 泵与管路联合工作点 泵的工作点为泵的特征 曲线与 管路 特征 曲线的 交点 , 如图 1 所示 的闭式 管路系 统中的 A 点 , 其对 应的流 量 、压 力及 效 率 分 别 为 Ga , p a 及 η a。 图 中效 率 曲 线 η 是 针对 转速 n 1 而 言 的。 闭式 管 路 中 流动 阻 力 损 失 等 于 泵 的 扬 程, 即 Δp = p , 且 p 0 =0 , 则由式( 5) 有 p G2 =S ( 6)
★ Tsinghua University , China
0 引言 变速泵在空调供暖系统 中的应 用 , 对于 改善系 统调 节 性能 、节省运行费用发挥了很大作用 。 在闭式循 环系统中 , 其节能效果非常明显 , 因此得 到广 泛的应 用 。 目前 在不 少 开式系统中 , 也使用了变速泵 , 例如在供暖补水泵定压系 统 中 , 补水泵也采用了变速调节 。 由于水的重力作 用 , 在闭 式 系统与开式系统中 , 采用变速 泵的 节能效 果显 然不同 。 随 着开式系统 水提升高度 的增加 , 变速 泵的节 能效果 进一 步 降低 。 在流量变化大的闭式系统中应用变速泵肯定有明 显 的节能效果 , 但在开式系统中采用变速泵是否 节能 , 要根 据 管路的实际情况从投资和运行费用角度综合分析 。 1 基本方程 1. 1 泵的相似工况 由泵的相似定律 G2 n2 = = G1 n1 p2 p1
。也就是说 , 式( 1)成立 的条件必 须是泵 的
工作点 A , B 均在等效率曲线上 。
☆ 狄洪发 , 男 , 1945 年 1 月生 , 大学 , 教授 100084 北京清华大学建筑技术科学系 ( 010) 62779996 收稿日期 : 1999 -07 -26 修回日期 : 2001 -12 -14
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Analysis on energy saving of variabl e speed pumps in an open system
B y DiHon gf a★ , LiJ i s h en ga nd Da iB i nwe n
Abs t r a c t T he ef f e c t s of e ne r gy s av i ng of v a r i abl e s peed pumps i n t he c l os ed c i r c ui t i s di f fe r ent f rom t hos e i n t he o pen p i pel i ne s y s t em . T he r eas on i s t ha t t her e i s a s t at i c hea d i n t he open s y s t em c aus i ng t he pump ef f i c i enc y va r y i ng . Anal y s es t he ene rg y s av i ng ef f e c t s o f v ar ia bl e s p eed pumps i n ope n s y s t ems and p ro vi d es c al cu l at i on ex ampl es . Keywor d s v a r i abl e s peed pump , ene rg y s a v ing , ope n s y s t em
图 3 开式系统性能曲线 1
对比式( 2)与式( 6)不难发现 C = S , 这表明在闭式管 路系统中泵 的等效率曲线 与管路特 征曲线 完全 重合 。 把该 管路的阻力系数记作 S a = pa , 则 C = S a , 因此泵的等 效 G 2a
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处 pa 即 为 式 ( 5 )中 的 p ab 。
为表示明确 , 管路的阻力系数也可写为 : p a -p 0 G a2 3. 2 开式管路中变速泵的等效率曲线 Sa= ( 8)
率曲线方程和管路特征曲线均为 p = S a G 。 当泵转速从 n 1 变到 n 2 时 , 泵的工作点从 A 点变 到 B 点 , B 点仍在管路 特 征曲线上 。 由于泵的等效率曲线与管路特征曲 线重合 , 则 泵 在 A , B 两点的效率 η a =η b , 这是闭式管路 系统所具有的特 点。 2. 2 变速泵的节能 当泵转速从 n 1 调整到 n 2 后 , 泵的特征曲线变化如图 1 所示 。 在η 4)知 A , B 工况功率之比为 a =η b 的条件下 , 由式( N2 = N1 n2 n1
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为分析比较方便 , 设开式管路 系统中变速泵在转速 n 1 的工作点 A 与闭式管路系统相同 , 如图 3 。 当补水量发生变 化后泵的转速从 n 1 变到 n 2 , 此时泵的 工作点沿着管路特征 曲线从 A 变到 B′点 , B′点所对应的流量和压力为G b ′ , pb ′ 。 泵在 B′点的效率η ′ b 并不一定等于 A 点的效率 η a , 因为 A , B′两个工况并不相似 。 如上分析在闭式 管路中 过 A 点的 等效率 曲线 方程 中 C = S a , 作 p = S a G 2 曲线与泵在 n 1 下的性能曲线之交点
图 1 闭式系统性能曲线
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系统中运
行 。 当 用户热负荷发生变化后 , 如使用中央量调 、循环泵 为 变速泵 , 如上分析则循 环泵所 消耗的 功率与 转速的 三次 方 成正比 。 但补水泵在开式 管路系 统内 , 当补 水量发 生变 化 且补水 泵亦为变速泵时 , 泵转 速变化 后泵所 消耗的 功率 并 非与转 速的三次方成正 比 , 因 为受到 了开式 管路系 统进 出 口高差 H 的影响 。 3. 1 开式管路系统水力特性 开式管路中泵所提供的扬程一方面消耗在克服流动 阻 力上 , 另一方面 还消耗 在提 升水 的高 度上 。 如 图 2 , 式 ( 5) 所示压力总损失 p = p 0 + SG 2 中的 p 0 即为 H =20 m 带来 的静压 。 知道管路结构后即可求得 管路的 阻力系 数 S 值 。 因此 , 知道 p 0 和 S 后就可以画 出管路特 征曲线 , 如图 3 所 示 。 由泵 的 特 征曲线 和管 路 特征曲 线的 交 点得到 泵在 转 速 n1 下的 工 作点 A , 从 而 得到 A 点 的 流 量 Ga 及 泵 的扬 程 p a , 此
暖通空调 HV &AC 设计参考 · 59 ·
简 超美 16-07-19, 13:03
开式系统中变速泵的节能分析
清华大学 狄洪发 李吉生 戴斌文
摘要 变速泵在开式和闭式管路中的节能效果不同 , 引起这种差别的原因是开式系统受水的 静压作用改变了泵的效率 。 分析了开式管路系统中变速泵的节能效果并给出了计算实例 。 关键词 变速泵 节能 开式系统
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的比值是一个常数 ; 同时 可以得知 , 如 果两个 工况相 似 , 则 这两个工况下泵的效率必然相同 。 实际 上 , 式( 2)也表示 了 泵的等效率曲线式 p = CG2 ( 3) 在 一定转速下 , 泵 的工作 点随着 管路阻 力的变 化而 变 化 。 对 于某一确定的管路 , 常 数 C 可用式( 2) 求得 。 式( 2) 还表明 , 即使泵的工作点随着运行情况变 化 , 但只要工作 点 在该曲线上 , 则泵的效率就不会发生变化 。 1. 2 变速泵节能分析 泵的转速从 n 1 调 整到 n 2 后 泵 的轴 功 率从 N 1 变 到 知 , 若把水看成不可压缩流体 , 则 η 在工况 A , B 下功率之比为 N2 Gb pb η a = N1 G a p aη b 如果工况 A , B 在等效率曲线 上 , 则 η a =η b, 且 Gb pb = Ga pa n2 n1